SPI协议内容及STM32 SPI的操作

SPI总线协议简介及内容

简介

SPI，是英语Serial Peripheral Interface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。SPI，是一种高速的，全/半双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用三/四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。

SPI特征

3根/4根线全双工同步传输
8或16位传输帧格式选择
主从操作模式
支持多主操作模式
从模式频率（最大为fpclk/2）
可编程的时钟极性和相位
可编程的数据顺序，MSB在前或LSB在前
可触发中断的专用发送和标志
SPI总线忙状态标志
支持可靠通信的CRC

功能

• SPI框图
  

• SPI通常都是采用四个引脚和外围设备相连，每个引脚的含义：

  • MISO 主设备输入/从设备输出引脚。该引脚在从模式下发送数据，在主模式下接收数据。
  • MOSI 主设备输出/从设备输入引脚。该引脚在从模式下接收数据，在主模式下发送数据。
  • SCK 串口时钟，作为主设备的输出，从设备的输入。
  • NSS 从设备选择（片选引脚），是一个可选的引脚，用来选择主/从设备。

• SPI时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）的组合时序图
  

• SPI的极性和相位组合有四种：

  • CPHA=0，表示第一个边沿：
    对于CPOL=0，idle时候的是低电平，第一个边沿就是从低变到高，所以是上升沿；
    对于CPOL=1，idle时候的是高电平，第一个边沿就是从高变到低，所以是下降沿；
  • CPHA=1，表示第二个边沿：
    对于CPOL=0，idle时候的是低电平，第二个边沿就是从高变到低，所以是下降沿；
    对于CPOL=1，idle时候的是高电平，第一个边沿就是从低变到高，所以是上升沿；

• 可以相互组合通过寄存器（SPI_CR1）设置不同的时钟极性和时钟相位组合。

STM32 的SPI寄存器映射及复位值

• SPI寄存器映射

用STM32固件库函数编程配置SPI总线操作

• SPI所用到的GPIO初始化

void SPI_GPIO_Configuration(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  /* Configure SPI2  -------------------------*/
  GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);
  //CS | NSS
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
  //SCK
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
  //MISO
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_14;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
  //MOSI
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

• SPI配置初始化

void SPI_Configuration(void)
{
  SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

  SPI_Cmd(SPI2, DISABLE);
  SPI_StructInit(&SPI_InitStructure);

  SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
  SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
  SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
  SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;     
  SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;    
  SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
  SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_2;  
  SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
  SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
  SPI_Init(SPI2, &SPI_InitStructure);

  /*Enable SPI1.NSS as a GPIO*/
  SPI_SSOutputCmd(SPI2, ENABLE);

//  GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_7); 
  GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_12);    //CS = 1 |  NSS=1 

  /* Enable SPI1 */
  SPI_Cmd(SPI2, ENABLE);
}

• Tips

  对于SPI配置中的CPOL和CPHA两个选项，可以根据连接外设需求不同进行修改配置，参考上面提到的四种模式。

• SPI发送和接收

u8 SPI_SendByte(u8 tempdata)
{
  /* Loop while DR register in not emplty */
  while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);     

  /* Send byte through the SPI1 peripheral */
  SPI_I2S_SendData(SPI2, tempdata);    //send tempdata

  /* Wait to receive a byte */
  while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI2, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);    
  /* Return the byte read from the SPI bus  */
  return SPI_I2S_ReceiveData(SPI2);
}


u8 SPI_ReceiveByte(void)
{
  return (SPI_SendByte(0x00));
}

一般在SPI总线外围所接设备

• 一般常见的SPI连接外围设备有：
  

Flash存储芯片，传感器类芯片。